STF23 A959 Gradering: Åpen Dekompresjon og omgivelses temperatur. Effekten av blod gjennomstrømning under dekompresjon på bobledannelse 1995-6-3 OLJ1JW UNIMED
Reinertsen, R.E., Koteng, S., Holmen, I.M., Ustad, A.L., Brubakk, A.O. OMEGA (Statoil, Norsk Hydro, Saga Peiroleum og Oljeclirektoratet) Foretaksnr.: 948729 OPPURAGSGIVER(E) Telefon: 73 5968 96 Telefax: 73 59 15 Telex: 55 62 sintf n Beseksadresse: Olav Kyrresgt. 3 FORFATtER(E) Postadrosse: 734 Trondheim Ekstreme arbeidsmiljo SINTEF UNIMED BlodgjennomstrØmning Blood flow Gassbobler Gas bubbles GRUPPE 2 Dykking Diving sammenligner med kontrolldyrene. Resultatene viser at 9% reduksjon av blodgjennomstrømningen under dekompresjon fører til en signifikant Økning i boblemengden perifert etter at overflaten er nådd. Dette indikerer at redusert mellom økning i boblemengde perifert og den boblemengden som blir målt sentralt. økningen i boblemengden penfert hos dyrene med redusert blodgjennomstrømmng under dekompresjonen er imidlertid ikke så stor at den fører til signifikant økning av total sentral boblemengde når vi blodgjennomstrømning fører til en forsinket utvasking av mtrogen. Det er videre vist en sammenheng Effekten av å redusere blodgjennomstrømningen i et perifert område av kroppen på bobledannelse ble undersøkt ved at venstre a. femoralis ble delvis avsnørt mekanisk. Videre sammenlignet vi boble dannelsen sentralt hos disse dyrene, som hadde redusert blodgjennomstrømning i venstre lår under dekompresjonen, med kontrolidyr som ikke hadde fått redusert blodgjennomstrømningen under dekompresjonen. Prosjektet hadde som mål å undersøke i hvilken grad lodgjennomstrømning under dekompresjon virker inn på bobledannelse. Til forsøkene benyttet vi den dyremodell for studier av dekompresjon som er utviklet ved SINTEF UNIMED. For regulering og måling av blodgjennomstrømning i arteria femoralis RAPPORTRR. DATO ANSVARLIG SIGNATUR 4 82-595-9253-3 tidligere OMEGA-prosjekt (beskrevet i rapport STF23 F9451). M:\BRERE41O.W51 23186.3 11 STF23 A959 1995-6-3 Arvid Påsche ft77c /-c& Randi Eidsmo Reinertsen og måling av bobleintensiteten i vena femoralis benyttet vi et oppsett som ble utviklet gjennom et Åpen Cato Hordnes ARKIVKODE GRADERING OPPDRAGSGIVERS REF. ELEKTRONISK ARKIVKOOE PROSJEKTNR. ANTALL SIDER OG BILAG ISEN PRISGRUPPE FAGLIG ANSVARLIG SAMMENDRAG EGENVALGTE Dekompresjon Decompression GRUPPE I Helse Health S flkkøbø NøRS( ENGESK i DEiJ9IL UNIMED Dekompresjon og omgivelsestemperatur. Effekten av blodgjennomstrømning under dekompresjon på bobledannelse l1ttel
UNIMED 2 INNHOLDSFORTEGNELSE 1 INNLEDNING 3 1.1 Bakgrunn 3 1.2 Hensikten med prosjektet 3 2 METODER 4 2.1 Forsøksprotokoll 4 2.2 Bobledeteksjon 5 2.2.1 Boblemengde sentralt 5 2.2.2 Boblemengde perifert 6 2.3 Behandling av resultatene 6 3 RESULTATER 7 4 DISKUSJON OG KONKLUSJON 1 5 REFERANSER 11 M:\BRERE4IO.W5 i
Når dykkerne utfører arbeid på bunnen, er det stor blodgjennomstrørnning i de arbeidende musklene. Dykkerne er dessuten iført varmtvannsdrakter, slik at de sannsynligvis er maksimalt vasodilatert i huden og dermed også har stor perifer blodgjennomstrømning. Under dekompresjonen er dykkeren blodkarene i huden konstringert siden omgivelsestemperaturen er innenfor eller i underkant av for det meste i hvile slik at blodgjennomstrømningen i musklene er mindre. Videre er sannsynligvis Li Bakgrunn i INNLEDNING 3 M:BRERE41O.W5I 4 msw. Prosjektet har som overordnet mål å undersøke i hvilken grad blodgjennomslrømningen virker inn på bobledannelse hos dykkere. Den foreliggende rapport omhandler et prosjekt der formålet har vært dekompresjon virket inn på bobledannelse hos gris som hadde gjennomgått metningsdykk til å undersøke i hvilken grad reduksjon av blodgjennomstrømningen i et perifert område under 1.2 Hensikten med prosjektet nomstrømningen i de ulike vev virker inn på bobledannelsen hos dykkerne. Temperaturen i vev påvirker mange faktorer som har betydning for gassbobledannelse; diffusjon, perfusjon og løseligheten av inertgass. Vi kjenner ikke til hvilken temperatur som er den optimale tidligere ikke gjennomført systematiske undersøkelser for å studere om og i hvilken grad blodgjen for dykkeren gjennom alle faser av et dykk (Vann, 1989; Pendergast og Olszowka, 1989). Det er Det har vært gjenstand for diskusjon om temperaturen i habitatet eventuelt burde Økes under hevdet at Øket fysisk aktivitet under dekompresjonen ville være gunstig fordi dette Øker blod dekompresjonen slik at en får indusert perifer vasodilatasjon i huden og dermed Øket blod-gjennom strømningen i periferien. Dette skulle fremme utskillelsen av inertgass og dermed redusere faren for dekompresjonssyke. I en studie om dekompresjonsprosedyrer fra heliox metningsdykk ble det anbefalt å holde temperaturen opp mot Øvre komfortgrense (Segadal, 1992). Det har videre vært gjennomstrømmngen i de arbeidende musklene (Vander et ni., 1986). tatt opp i vevene, mens blodgjennomstrømmngen er mindre under dekompresjonsfasen. termonøytral sone. Dermed har dykkerne størst blodgjennomstrømning i bunnfasen der gassen blir UNIMED
UNIMD 4 2 METODER Det bïe utført forsøk på 6 griser (Hybrid), begge kjønn, med en gjennomsnittlig kroppsvekt på 23,41±,82 kg, mellom 1 og 12 uker gamle. ForsØksdyrene ble fastet 116 timer med fri tilgang på vann. Noen av målingene blir sammenlignet med målinger fra forsøk som er beskrevet tidligere (Reinertsen et al., 1994). I disse forsøkene ble det benyttet griser (Norsk Iandsvin) med tilsvarende vekt og alder som i det foreliggende prosjektet. Forsøkene ble på forhånd godkjent av Utvalg for forsøk med dyr. 2.1 Forsøksprotokoll Forsøkene foregikic i dekompresjonslaboratoriet hos SINTEF UNIMED ved Regionsykehuset i Trondheim. Grisene ble utsatt for et trykk tilsvarende 4 msw i 3 timer (pustegass nitrox; 35 kpa oksygen) etterfulgt av 2 timers lineær dekompresjon der oksygentensjonen i Nitrox-pustegassen var 1 kpa. Trykkprofilen for forsøket er vist i Figur 1. Dykkprofil E >. 6 12 18 24 3 36 42 48 REF. BUNN Tid (min) OVERVÅKNING Figur i Trykkprofil for forsøkene. Kompresjonen til 4 msw ble foretatt i løpet av 2 minutter, bunntiden varte i 3 timer og under dekompresjonen ble trykket redusert gradvis i løpet av 2 timer. Før eksperimentene i trykktanken ble forsøksdyrene anestesert og utstyrt med arterielle og venøse kateire for måling av blodgasser og blodtrykk. Tyve minutter før anestesien ble gitt, mottok grisene premedikasjon i form av 7-9 mg kg azaperonum (Sedaperone, Janssen) og 1 mg stesolid som ble 1 M:\BRERE41O.W51
ble opprettholdt med kontinuerlig intravenøs infusjon av ketamin (Ketamin. Hydrochlorid; Parke Davis) i isoton (,9%) NaC1 (3 mg kg fulgt av thiopental (Thiopenton. Natrium; Nycomed Pharma) (1 mgkg ) og ketamin. Anestesien grisene trakeostomert, og de pustet spontant gjennom hele forsøket. Mengden anestesi ble regulert injisert intramuskulært. Anestesien ble gitt gjennom venfion satt inn i en ørevene; i ml alropin sulfat 1 ) sammen med støt-injiseringer av cx-chloralose (Sigma) pulmonalarterietrykk, sammen med observasjoner av respirasjonsfrekvens og hjertefrekvens. Dermed oppnådde vi en stabil anestesidybde gjennom hele forsøket. basert på målinger av arteriell ppco 2 og 2, kontinuerlige målinger av artenelt, sentralnervøst og i,9% NaCI (,25% løsning, 1-15 mgkg ) også injisert intravenøst. Liggende på ryggen ble M:\BRERE4IO.W51 bilde av aorta og pulmonalarterien samtidig. Boblene kunne sees som lyse prikker i blodet. det overført data til en Macintosh Fxll computer for videre analyse av data med et program for og kvalitetssikring. Gjennom hele dekompresjonsfasen og i 2 timer etter at overflaten var nådd ble Venøse og arterielle bobler ble detektert ved hjelp av en ekkokardiografisk transducer plassert i 35-4 cm ned i Øsofagus, og plassert slik at vi fikk et todimensjonalt bilde av høyre pulmonalarterie Ultralydbildene ble kontinuerlig analysert og også innspilt på videobånd, for eventuell senere analyse Øsofagus (TEE-probe, 5 MHz, CFM 75, Vingmed A/S, Horten, Norge). TEE-proben ble ført og venstre atrium samtidig. Ved å trekke transduceren tilbake 1-2 cm var det det også mulig å få et 2.2.1 Boblemengde sentralt 2.2 Bobledeteksjon Et instrument som kan regulere diameteren i blodårer fra full åpning til helt lukket, ble montert kunne manipulere åpning og lukking under alle faser av dykket. Blodgjennomstrømningen i både Da ble avkiemmingen omkring venstre a. femoralis regulert tilbake til full åpning slik at blod gjennomstrømningen ikke ble hindret. venstre og høyre a. femoralis ble målt ved hjelp av et ultralyd transit-time flowmeter (CardioMed rundt a. femoralis på venstre side. Instrumentet kontrolleres fra utsiden av kammerveggen slik at vi Transit Time and Doppler Flowmeter CM2). Umiddelbart før dekompresjonen startet ble blodgjennomstrømmngen redusert til 1 mlinin og regulert på dette nivået til overflaten ble nådd. lagt inn i pulmonalartenen via venstre jugularvene. Et tredje kateter ble plassert i høyre atrium via blodgasser, ble to væskefylte polyetylenkateter (,26 mm indre diameter; 1,22 mm ytre diameter) For måling av pulmonalarterielrykk (PAP) og for å kunne ta ut blodprøver for analyse av venøse høyre jugularvene for å kunne måle sentralt venetrykk (CVP). Videre ble to katetre lagt inn i venstre jugularislarterie for måling av arterietrykket (MAP) og for å kunne ta ut blodprøver for analyse av arterielle blodgasser. BlodprØvene ble analysert for partialtrykk av oksygen (P2) og Copenhagen). Blodtrykkskatetrene var koblet til transducere som var kalibrert mot et kvikksølv manometer. Sirkulasjonsfysiologiske parametre ble målt 6 minutter forut for kompresjon, gjennom partialtrykk av karbondioksyd (pco var nådd. hele dykket inkludert kompresjon, bunnfase og dekompresjonsfase, og i 2 timer etter at overflaten 2) ved hjelp av en blodgassanalysator (ABL 33, Radiometer, UNIMPD 5 UUit
OEiïI UNIMED 6 målt som antall bobler per kvadratcentimeter ifølge en gradert skala som er vist i Tabell 1. Tabellen viser videre sammenhengen mellom den brukte skalaen for boblegradenng og andre metoder for bestemmelse av boblemengde som er i bruk (Nishi, 199). Tabell 1 Boblemengde detektert som antall bobler per cm2 og Spencer Doppler sammen med skalaen for K.-M. Doppler Boblerlcm2} -,1 <,2 <,3,2-1 ]_1-1(15)_J >15 K.-M. Doppler I I-II 11-111 111-1V IV L5n Doppler 1 I-II 11-111 111-1V IV 2.2.2 Boblemengde perifert Bobleintensiteten i vena femoralis på høyre og venstre side ble målt ved hjelp av et ultralyd Doppler instrument (Alfred, Vingmed Sound). Bobleintensiteten er beregnet ved å integrere alle signaler som overstiger en viss amplitude over tid (se også Reinertsen et al. 1994). 2.3 Behandling av resultatene Sammenligning av resultatene med og uten reduksjon av blodgjennomstrømningen ble gjort med en Student s t-test (ensidig). Resultatene blir gitt som gjennomsnitt ± SD. En p-verdi lavere enn,5 blir ansett som signifikant. M:\BRERE4IO.W5 I
dekompresjonen slik at blodgjennomstrømningen ble redusert med 9% i forhold til utgangsverdien. Tre timers bunntid på 4 msw etterfulgt av to timers lineær dekompresjon resulterte i en betydelig etter at overflaten var nådd. Til sammenligning var det bare to av åtte griser som døde etter overflaten i en serie forsøk med tilsvarende irykkprofil og pustegass der det ikke ble foretatt noen reduksjon av blodgjennomstrømningen under dekompresjonen. Det ble gjennomført en forsølcsserie på 6 griser der venstre a. fenioralis ble avklemt under mengde venøse gassbobler i samtlige forsøk, og bare i ett av forsøkene levde grisen enda to timer 3 RESULTATER M:BRERE41O.W5 1 Figur 3 viser forholdet mellom tid og boblemengde i høyre og venstre v. femoralis. På høyre side, venstre side 3 minutter etter overflaten. høyre side. Mens boblemengden avtar raskt på høyre side, opprettholdes den store boblemengden på avkiemmingen oppheves ved overflaten, og når en maksimal verdi som er betydelig høyere enn på 5 minutter etter at overflaten er nådd. På venstre side Øker boblemengden umiddelbart når som fungerer som kontroll, Øker intensiteten i dopplersignalet fra boblene for å nå maksimal verdi Figur 2 Forløpet av blodgjennomstrømningen i høyre og venstre a. feinoralis under forsøkene sammen med trykkprofllen. Resultatene er vist for ett dyr (#1295). Tid (min) 6 12 18 24 3 36 42 48 1 2 E 3 E 4 5 side gjennom hele forsøket. femoralis tilbake mot utgangsverdien og nærmer seg den verdien som har blitt opprettholdt på høyre høyre side. Etter åpning av arterieavklemmingen reguleres blodgjennomstrømningen i venstre a. strømningen på et nivå som tilsvarer 1% av utgangsverdien, mens det ikke er noen endring på femoralis for ett av forsøksdyrene. Vi ser at før avkiemmingen er blodgjennomstrømningen Figur 2 viser trykkprofll for forsøkene sammen med blodgjennomstrømning i høyre og venstre a. tilnærmet lik på de to sidene. Under avklemniingen av venstre a. femoralis holdes blodgjennom UNIMD Ut DI jubj1jll? >. E 7
UfflhI UNIMED 8 12 5 1 4 - ) iï -a 8 6 4 3 G, -D. >. 2 2 1 6 12 18 24 3 36 42 48 Tid (min) Figur 3 Boblemengde målt som refiektert ultralydlintensitet i høyre og venstre v. femoralis under forsøkene sammen med tryklcprofilen. Resultatene er vist for ett dyr (#1295). Figur 4 viser forholdet mellom tid og boblemengde i a. pulmonalis gjennom hele forsøket. Vi ser at boblemengden Øker raskt ved overflaten, når sin maksimale verdi i løpet av ca 3 minutter, og avtar så i løpet av de etterfølgende timer målingene varer. 5 4 3 G,. >.. 2 1 6 12 18 24 3 36 42 48 Tid (min) Figur 4 Sentral boblemengde målt som antall bobler per cm2 i a. pulmonalis sammen med trykkprofflen. Resultatene er vist for ett dyr (#1295). M:BRERE41.W5 I
t-test). åtte gnser fra en tidligere forsøksserie der det ikke ble foretatt noen reduksjon av blodgjennom strømningen, har dyrene med redusert blodgjennomstrømning tilsynelatende høyere verdier for Resultatene viser at 9% rejuksjon av blodgjennomstrømningen i venstre a. femoralis førte til en signifikant Økning i bobleintensiteten i v. femoralis på samme side etter at overflaten var nådd (p<os) (Tabell 2). Når vi sammenligner gjennomsnittsverdien for maksimal sentral boblemengde hos de seks grisene med redusert blodgjennomstrømning under dekompresjonen, med resultatene fra maksimal boblemengde (Figur 5). Statistisk bearbeiding av resultatene viser imidlertid at det ikke er signifikant forskjell i maksimal sentral boblemengde hos de to gruppene (p=,21, uparet Student s Tabell 2 Maksimal boblemengde i høyre og venstre v. femoralis hos 6 griser med redusert blod M:\BRERE41O.W5 I under dekompresjonen og 8 kontrolldyr. Figur 5 Gjennomsnittlig sentral boblemengde fra 6 griser med redusert blodgjennomstrømning Tid etter overflaten (minutter) -18-15 -12-9.6-3 3 6 9 12 In. E ci c J cl) G) 5 1 15 Sentrale bobler Redusert sirk., n=6 sirk., n=8 NITROX, 1. bar, 2 t dekomp. p =,1 Boblemengde 14, 29,7 93,7 352,2 241,3 279,4 høyre v. femoralis Boblemengde 125, 25,2 673,1 8,1 981,8 595,6 venstre v. femoralis Gris nr. #1194 #1294 #1394 #1194 #1295 #1395 målingene er utført med Student s t-test, paret. gjennomsirømning i venstre a. femoralis under dekompresjonen. Sammenligningen av ) UNIMED 9
UlIIMED 1 4 DISKUSJON OG KONKLUSJON Formålet med det foreliggende prosjektet var å studere effekten av redusert blodgjennomstrømning i venstre a. femoralis under 2 timer dekompresjon på bobledannelse. Dermed kunne vi sammenligne en situasjon der gassopptaket var identisk på høyre og venstre side, mens utvaskingen av gass på venstre side skjedde med redusert blodgjennomstrømning i forhold til høyre side. Forsøkene viste at 9% reduksjon av blodgjennomstrømningen under dekompresjon førte til en signifikant Økning i boblemengden perifert etter at overflaten var nådd. Dette er i samsvar med et tidligere arbeid som inclikerte at redusert blodgjennomstrømning fører til forsinket eliminasjon av nitrogen (Reinertsen et al. 1994). BlodgjennomstrØmningen til de ulike vev i kroppen bestemmes av slagvolum og perifer motstand. Hos mennesker kan blodgjennomstrømningen i huden varieres for å regulere varmeutvekslingen mellom kroppen og omgivelsene. Eksponering til kulde fører til vasokonstriksjon i huden som kan føre til en reduksjon av blodgjennomstrømningen som nærmer seg null, mens vannestress kan føre til at blodgjennomstrønmingen i huden Øker til 7-8 i min (Rowell 1974). Blodgjennomslrømningen til muskier Øker fra 1,2 til 13 lnun i hvile i forhold til moderat fysisk aktivitet (Vander et al. 1986) Når blodgjennomstrømningen i våre forsøk ble redusert med 9%, er en slik variasjon vel innenfor de naturlige variasjonene som kan inntre under et normalt dykk. Muskier, hud og fett er de vevene der blodgjennomstrømningen vil kunne variere mest på grunn ay temperaturregulering eller endringer i fysisk aktivitet. Dersom blodgjennomstrømningen i disse vevene reduseres, vil dette kunne føre til en forsinket eliminasjon av nitrogen lokalt selv om sentral nitrogeneliminering tilsynelatende er normal. Ut fra resultatene kan vi konkludere med at en betydelig reduksjon av blodgjennomstrømning i perifere vev fører til en forsinket eliminasjon av nitrogen. Motsatt vil man forvente at en Økning av blodgjennomstrømmngen i perifere vev fører til en raskere utvasking av inertgassen, og dermed sannsynligvis minske sjansene for at det oppstår lokale områder med gassbobledannelse som kan føre til Øket risiko for dekompresjonssyke. M:\BRERE4IO.W5 I
UNIMD 11 5 REFERANSER Eftedal,. og Brubakk, A.O. (1993) Deection of gas bubbies in ultrasonic images. Med. & Biol. Eng. Comput, 31, 627-633 Nishi, R.Y. (199) Doppler evaluation of decompression tables. I: Lin, Y.C. og Shida, K.K. (red.) Man in the sea, Best Publishond Co, San Pedro, 199. 33 s. Pendergast, D.R. og Olszowka, A.J. (1989) Effect of exercise, thermal state, blood flow on inert gas exchange. I: Vann, R.D (red.) The physiological basis of decompression. 38 Undersea and hyperbanc medical society workshop, Proceedings. s 37-51. Reinertsen, R.E., Koteng, S., Eftedal,., Holmen, I.M., Ustad, A.L., Bnibakk, A.O. (1994) Dekompresjon og omgivelsestemperatur. Utvikling av metode for å kontrollere blodgjennomstrømning til et perifert område av kroppen. SINTEF rapport STF23 F945 1. 26 s. Rowell, L.B. (1974) Human carcliovascular adjustments to exercise and thermal stress. Physiol. Rev., 54, 75-179. Seg adal, K. (1992) Dekompresjonsprosedyrer for heliox metningsdykk dypere enn 18 msw. Nutec Rapport 36-92. 19 s. Vander, A.J., Sherman, J.H. og Luiciano, D.S. (1986) Human physiology; the mechanisms of body funciton. McGraw-Hill, N.Y. 1986, 715s. Vann, R.D. (1989) The physiological basis of decompression; an overview. I: Vann, R.D (red.) The physiological basis of decompression. 38 Undersea and hyperbaric meclical society workshop, Proceedings. s 37-51. M:\BRERE41O.W51